ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΤΟΥ ΕΝΖΥΜΙΚΟΥ ΛΟΥΤΡΟΥ ΣΤΟ ΣΤΑΔΙΟ ΤΗΣ ΑΠΟΛΙΠΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΦΙΝΙΡΙΣΜΑΤΟΣ ΤΩΝ ΒΑΜΒΑΚΕΡΩΝ ΥΦΑΣΜΑΤΩΝ Σ. Καλαντζή, Δ. Μαμμά, Δ. Κέκος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Χημικών Μηχανικών, Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας, 15780, Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου ΠΕΡΙΛΗΨΗ Διερευνήθηκε η δυνατότητα ανακύκλωσης των ενζυμικών λουτρών στο ενοποιημένο στάδιο απολίπανσης-φινιρίσματος των βαμβακερών υφασμάτων. Χρησιμοποιήθηκαν δύο διαδοχικά λουτρά, εκ των οποίων το πρώτο περιείχε πηκτινολυτικά, λιπολυτικά, ημικυτταρινολυτικά και κυτταρινολυτικά ένζυμα και το δεύτερο περιείχε το πρωτεολυτικό ένζυμο η χρήση του οποίου βελτιώνει σημαντικά κάποια ποιοτικά χαρακτηριστικά των υφασμάτων, αλλά λόγω της εξειδίκευσής του δεν μπορεί να παραμείνει σε πολύωρες διεργασίες με το υπόλοιπο μίγμα των ενζύμων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το λουτρό με το μίγμα των τεσσάρων ενζύμων μπορεί χρησιμοποιηθεί τρεις φορές χωρίς επιπλέον προσθήκη ενζύμων, το λουτρό με την πρωτεάση πέντε φορές και τα λουτρά που περιέχουν τα νερά έκπλυσης των υφασμάτων επίσης πέντε φορές. Ακολούθως, με χρήση υπερδιήθησης, απομακρύνονται από τα ενζυμικά λουτρά τα προϊόντα της υδρόλυσης των φυσικών προσμίξεων του βαμβακερού και επαναχρησιμοποιούνται προσθέτοντας την απαραίτητη ποσότητα από το κάθε ένζυμο ώστε να πραγματοποιηθεί με επιτυχία η απολίπανση και το φινίρισμα. Τα υφάσματα που προκύπτουν από την παραπάνω διεργασία εμφανίζουν πολύ καλά ποιοτικά χαρακτηριστικά είναι υδρόφιλα, με αυξημένη βαφική ικανότητα, εύκαμπτα, μαλακά, αφράτα, ελαστικά και ανθεκτικά στην τριβή συγκριτικά με αυτά που προκύπτουν με εφαρμογή των συμβατικών μεθόδων. Επιπλέον, η ανακύκλωση του λουτρού των ενζύμων οδηγεί σε: μείωση κατά 70% της χρήσης πηκτινολυτικών, λιπολυτικών και πρωτεολυτικών ενζύμων (ένζυμα υψηλού κόστους), μείωση 3-4 φορές του όγκου των υγρών αποβλήτων, σημαντική μείωση του οργανικού φορτίου και μείωση στο μισό του συνολικού χρόνου επεξεργασίας συγκριτικά με τις συμβατικές μεθόδους επεξεργασίας του βαμβακερού υφάσματος. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η απολίπανση (απομάκρυνση φυσικών προσμίξεων) του βαμβακερού υφάσματος με τη συνεργιστική δράση υδρολυτικών ενζύμων (πηκτινολυτικών, λιπολυτικών, πρωτεολυτικών και ημικυτταρινολυτικών) δημιουργεί υφάσματα με ποιοτικά χαρακτηριστικά ίδια ή και καλύτερα αυτών που επιτυγχάνονται με τις συμβατικές μεθόδους που εφαρμόζει η βιομηχανία της κλωστοϋφαντουργίας, όπως έχει καταδειχτεί από προηγούμενες ερευνητικές εργασίες που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο Βιοτεχνολογίας, Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ. Το φινίρισμα, δηλαδή ο εξευγενισμός (λεία, στιλπνή επιφάνεια) του υφάσματος επιτυγχάνεται με τη χρήση κυτταρινασών. Οι κυτταρινάσες και ειδικότερα οι ενδογλουκανάσες επιδρούν σημαντικά στην επίτευξη στιλπνής επιφάνειας βαμβακερών υφασμάτων Οι ενδογλουκανάσες υδρολύουν και απομακρύνουν τα μικροϊνίδια τα οποία προεξέχουν από την επιφάνεια του υφάσματος, με αποτέλεσμα την παραλαβή υφάσματος με στιλπνή. Eπιπλέον, η χρήση ενζύμων καθιστά εφικτή την ενοποίηση δύο διακριτών σταδίων επεξεργασίας των υφασμάτων της απολίπανσης και του φινιρίσματος (εξευγενισμός), μειώνοντας το συνολικό χρόνο των προκατεργασιών, με ταυτόχρονη εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας, νερού, μείωσης του όγκου των υγρών αποβλήτων και του κόστους της διεργασίας. Οι προηγούνες ερευνητικές εργασίες έδειξαν ότι οι επεξεργασίες του βαμβακερού υφάσματος χρησιμοποιώντας συνεργιστικά διαφορετικές ενζυμικές ομάδες μπορούν να δημιουργήσουν υφάσματα με ποιοτικά χαρακτηριστικά παρόμοια, ίδια ή ακόμα και καλύτερα από αυτά που επιτυγχάνονται με τις συμβατικές μεθόδους. Αποδείχτηκε ότι τα ενζυμικά επεξεργασμένα υφάσματα είναι πιο ανθεκτικά, αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι ενζυμικές διεργασίες λαμβάνουν χώρα σε ήπιες συνθήκες (ph, T) και τα ένζυμα δρουν επιλεκτικά χωρίς να επηρεάζουν την ίνα του βάμβακος.
Στόχος της ερευνητικής εργασίας ήταν η μεγαλύτερη μείωση του συνολικού κόστους της επεξεργασίας των βαμβακερών υφασμάτων στο στάδιο της απολίπανσης και του φινιρίσματος έτσι ώστε να μπορεί να εφαρμοστεί σε βιομηχανική κλίμακα και να είναι συμφέρουσα της ήδη υπάρχουσας, έτσι διερευνήθηκε η ανακύκλωση του λουτρού των ενζύμων μετά την επεξεργασία του υφάσματος στο στάδιο της απολίπανσης και του φινιρίσματος. Με την ανακύκλωση του λουτρού των ενζύμων επιτυγχάνεται: 1. Μείωση του όγκου των υγρών αποβλήτων 2. Μείωση των ενζυμικών ποσοτήτων 3. Μείωση του οργανικού φορτίου στα υγρά απόβλητα ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Διερευνήθηκε η ανακύκλωση του λουτρού των ενζύμων στο στάδιο της απολίπανσης και του φινιρίσματος χρησιμοποιώντας σε ένα λουτρό τέσσερα ενζυμικά συστήματα πηκτινάση, λιπάση, κυτταρινάση, ξυλανάση για χρόνο 60min και Τ=50 ο C και σε δέυτερο λουτρό την πρωτεάση για 10min. Η συνθήκη με τις ενεργότητες των ενζύμων που επιλέχθηκαν προέκυψε από προγενέστερες μελέτες. Οι δύο συνθήκες παρουσιάζονται στο διάγραμμα ροής Σχήμα1 και 2. Συνθήκη 1. Ανακύκλωση του λουτρού χρησιμοποιώντας 4 ένζυμα Σχήμα 1. Διάγραμμα ροής ανακύκλωσης του λουτρού των ενζύμων στο ενοποιημένο στάδιο χρησιμοποιώντας πηκτινάσες, λιπάσες κυτταρινάσες, ξυλανάσες σε ένα λουτρό. Τα ένζυμα τοποθετούνται στο λουτρό στους 50 o C, εμβαπτίζεται το ύφασμα στο λουτρό των ενζύμων και παραμένει για 60min υπό ήπια ανάδευση. Στη συνέχεια το ύφασμα απομακρύνεται και απενεργοποιούνται τα ένζυμα με βρασμό του υφάσματος για 5min. Το ύφασμα είναι έτοιμο για μέτρηση των ποιοτικών του χαρακτηριστικών. Στο λουτρό των ενζύμων μετρούνται οι ενεργότητες των ενζύμων και προστίθεται το επόμενο ύφασμα. Μετά από 60min το ύφασμα απομακρύνεται και προετοιμάζεται για τη μέτρηση των ποιοτικών του χαρακτηριστικών, ενώ στο λουτρό των ενζύμων μετρούνται οι ενεργότητες των ενζύμων. Η διαδικασία της επαναχρησιμοποίησης επαναλαμβάνεται έως ότου τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των υφασμάτων να αρχίζουν να υποβαθμίζονται. Σε αυτό το σημείο το λουτρό των ενζύμων καθαρίζεται με τη μέθοδο της υπερδιήθησης. Στο ενζυμικό λουτρό, μετά την ενζυμική επεξεργασία, περιέχονται ένζυμα, μετουσιωμένες πρωτεϊνες και τα προϊόντα υδρόλυσης (σάκχαρα, γαλακτορουνικά οξέα, λιπαρά οξέα, πηκτίνες...). Για τον καθαροσμό του ενζυμικού λουτρού χρησιμοποιούνται μεμβράνες (polysulfone 10kDa). Aπό τη μία έξοδο συλλέγεται το συμπύκνωμα, το καθαρό ενζυμικό λουτρό, όπου μετρούνται οι ενεργότητες των ενζύμων, και προστίθενται οι κατάλληλες ποσότητες για τη συνέχεια της ενζυμικής επεξεργασίας, ενώ από την άλλη έξοδο συλλέγεται το διήθημα (απόβλητα) όπου μετράται το TOC, COD, BOD (Σχήμα 1,2,3). Συνθήκη 2. Ανακύκλωση του λουτρού χρησιμοποιώντας 2 λουτρά ενζύμων, 5 ένζυμα Τα ένζυμα τοποθετούνται στο λουτρό στους 50 o C, εμβαπτίζεται το ύφασμα στο λουτρό των ενζύμων και παραμένει για 60min υπό ήπια ανάδευση. Στη συνέχεια το ύφασμα απομακρύνεται και εισάγεται σε δεύτερο λουτρό με νερό για να εκπλυθεί και να απομακρυνθούν όσο το δυνατόν περισσότερα προσροφημένα ένζυμα. Στη συνέχεια το ύφασμα εμβαπτίζεται στο τρίτο λουτρό με την πρωτεάση και παραμένει για 10min, τέλος το ύφασμα τοποθετείται σε βραστό μερό για 5min για να απενεργοποιηθούν τα ένζυμα. Το ύφασμα αφήνεται να στεγνώσει και είναι έτοιμο για να μετρηθούν τα ποιοτικά του χαρακτηριστικά. Παράλληλα στα τρία λουτρά μετρούνται οι ενεργότητες των ενζύμων. Η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται έως ότου τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του υφάσματος αρχίζουν να υποβαθμίζονται. Τότε τα λουτρά των ενζύμων καθώς και το λουτρό έκπλυσης
καθαρίζονται με τη μέθοδο της υπερδιήθησης συλλέγονται τα καθαρά λουτρά ενζύμων και νερού, προστίθεται κατάλληλη ποσότητα ενζύμων και ξεκινάει η διαδικασία από την αρχή. Παράλληλα από την έξοδο της υπερδιήθησης συλλέγονται τα απόβλητα των τριών λουτρών και μετρούνται το TOC, COD, BOD. [1,2]. Σχήμα 3. Διάγραμμα ροής ανακύκλωσης του λουτρού των ενζύμων χρησιμοποιώντας πηκτινάσες, λιπάσες κυτταρινάσες, ξυλανάσες σε ένα λουτρό και πρωτεάση σε δεύτερο λουτρό. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Συνθήκη 1. Ανακύκλωση του λουτρού χρησιμοποιώντας 4 ένζυμα Μετά από κάθε στάδιο απολίπανσης και φινιρίσματος μετρούνταν οι ενεργότητες των ενζύμων (πηκτινάσης, λιπάσης, ξυλανάσης, κυτταρινάσης). Προκαταρκτικά πειράματα που πραγματοποιήθηκαν έδειξαν ότι το λουτρό των ενζύμων μπορεί να χρησιμοποιηθεί 3 φορές (χωρίς να καθαριστεί ή να προστεθούν ένζυμα) και στη συνέχεια να καθαριστεί, να ανακτηθούν τα ενεργά ένζυμα και να προστεθούν οι κατάλληλες ποσότητες των ενζύμων και να αρχίσει η διαδικασία της απολίπανσης και του φινιρίσματος από την αρχή χρησιμοποιώντας άλλες 3 φορές το ίδιο λουτρό. Πραγματοποιήθηκαν 3 ανακυκλώσεις του λουτρού των ενζύμων, χρησιμοποιώντας 3 φορές το ίδιο λουτρό ανά ανακύκλωση. Από την πειραματική σειρά προέκυψαν 10 υφάσματα στα οποία μετρούνταν τα ποιοτικά τους χαρακτηριστικά. Οι ενζυμικές ενεργότητες μετά από κάθε χρήση του λουτρού των ενζύμων παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Το εύρος των ενεργοτήτων που παρουσιάζονται μετά από κάθε επαναχρησιμοποίηση του λουτρού των ενζύμων αντιστοιχεί και στις 3 ανακυκλώσεις του λουτρού των ενζύμων. Πίνακας 1. Ενεργότητες ενζύμων μετά από κάθε επαναχρησιμοποίηση του λουτρού και για τις 3 ανακυκλώσεις. Εναπομένουσα Αριθμός επαναχρησιμοποίησης του ίδιου λουτρού ενζύμων ενεργότητα ενζύμων 1 2 3 Λιπάση 95-97% 90-95% 83-85% Πηκτινάση 93-95% 92-90% 80-87% Ξυλανάση 85-90% 77-74% 58-62% Κυτταρινάση 86-83% 77-75% 60-64% Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι πιο ανθεκτικό ένζυμο είναι η λιπάση όπου φαίνεται ότι μετά από τρεις επαναχρησιμοποιήσεις του λουτρού των ενζύμων και στις 3 ανακυκλώσεις χάνει 15-18% της αρχικής του ενεργότητας, η πηκτινάση χάνει 13-20% της αρχικής της ενεργότητας, ενώ μεγαλύτερα ποσοστά της αρχικής τους ενεργότητας χάνουν η κυτταρινάση και η ξυλανάση, 36-40% και 38-42% αντίστοιχα. Συνθήκη 2. Ανακύκλωση του λουτρού χρησιμοποιώντας 2 λουτρά ενζύμων, 5 ένζυμα Μετά από κάθε στάδιο απολίπανσης και φινιρίσματος μετρούνταν οι ενεργότητες των ενζύμων στο πρώτο λουτρό (πηκτινάσης, λιπάσης, ξυλανάσης, κυτταρινάσης) στο λουτρό
έκπλυσης και στο τρίτο λουτρό της πρωτεάσης. Προκαταρκτικά πειράματα που πραγματοποιήθηκαν έδειξαν ότι το λουτρό των ενζύμων μπορεί να χρησιμοποιηθεί 3 φορές (χωρίς να καθαριστεί ή να προστεθούν ένζυμα) και στη συνέχεια να καθαριστεί, να ανακτηθούν τα ενεργά ένζυμα και να προστεθούν οι κατάλληλες ποσότητες των ενζύμων και να αρχίσει η διαδικασία της απολίπανσης και του φινιρίσματος από την αρχή χρησιμοποιώντας άλλες 3 φορές το ίδιο λουτρό. Το λουτρό έκπλυσης και το λουτρό της πρωτεάσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν 5 φορές συνεχόμενα μετά να καθαριστούν με τη μέθοδο της υπερδιήθησης και να συνεχιστεί η διαδικασία της επεξεργασίας του υφάσματος για άλλες πέντε φορές. Πραγματοποιήθηκαν 3 ανακυκλώσεις του πρώτου λουτρού των ενζύμων, χρησιμοποιώντας το 3 φορές συνεχόμενα και 1 ανακύκλωση του λουτρού της πρωτεάσης χρησιμοποιώντας το 5 φορές συνεχόμενα (Σχήμα 3, Πίνακας 2, 3). Από την πειραματική σειρά προέκυψαν 10 υφάσματα στα οποία μετρούνται τα ποιοτικά τους χαρακτηριστικά. Πίνακας 2. Ενεργότητες ενζύμων μετά από κάθε επαναχρησιμοποίηση του λουτρού και για τις 3 ανακυκλώσεις. Εναπομένουσα ενεργότητα ενζύμων Αριθμός επαναχρησιμοποίησης του λουτρού των ενζύμων Λιπάση 1 2 3 95-97% 90-95% 83-85% Πηκτινάση 93-95% 92-90% 80-87% Ξυλανάση 85-90% 77-74% 58-62% Κυτταρινάση 86-83% 77-75% 60-64% Πίνακας 3. Ενεργότητες πρωτεάσης για 5 επαναχρησιμοποιήσεις του λουτρού και 1 ανακύκλωση. Εναπομένουσα ενεργότητα ενζύμων Αριθμός επαναχρησιμοποίησης του λουτρού της πρωτεάσης 1 2 3 4 5 Πρωτεάση 97-95% 93-95% 94-93% 88-89% 80-82% Το λουτρό της πρωτεάσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί 5 φορές συνεχόμενα και χάνει 18-20% της αρχικής της ενεργότητας μετά την πέμπτη επαναχρησιμοποίηση. ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΤΡΟΠΟΙΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΒΑΜΒΑΚΕΡΩΝ ΥΦΑΣΜΑΤΩΝ ΕΠΑΝΑΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΩΝΤΑΣ ΤΟ ΙΔΙΟ ΛΟΥΤΡΟ ΕΝΖΥΜΩΝ & ΑΝΑΚΥΚΛΩΝΟΝΤΑΣ ΤΟ Μετά την ενζυμική επεξεργασία, τα υφάσματα υποβλήθηκαν σε χημική ανάλυση. Προσδιορίστηκε το ποσοστό των απομακρυνθέντων μη κυτταρινικών συστατικών μετά από κάθε επαναχρησιμοποίηση του λουτρού των ενζύμων. Στον Πίνακα 4. παρουσιάζονται τα ποσοστά των απομακρυνθέντων μη κυτταρινικών συστατικών μετά από κάθε επαναχρησιμοποίηση του λουτρού των ενζύμων. Το εύρος των μετρήσεων αντιστοιχεί στις: (R Α 3 ) 3 επαναχρησιμοποιήσεις του λουτρού των ενζύμων για τις 3 ανακυκλώσεις και (R Β 3-5 ) 3 επαναχρησιμοποιήσεις του πρώτου λουτρού των ενζύμων για 3 ανακυκλώσεις και 5 επαναχρησιμοποιήσεις του δεύτερου λουτρού για 1 ανακύκλωση. Πίνακας 4. Ποσοστιαία απομάκρυνση μη κυτταρινούχων συστατικών βαμβακερών υφασμάτων Aπομάκρυνση λιπαρών Aπομάκρυνση πρωτεΐνης Aπομάκρυνση πηκτίνης Aπομάκρυνση ημικυτταρίνης R Α 3 80-89 67-75 64-74 68-78 R Β 3-5 88-97 88-94 70-88 75-91 ΝαΟΗ 100 98.06 97.51 99.02
Όπου R Α επεξεργασία υφάσματος με ένα λουτρό που περιέχει (πηκτινάση, λιπάση, ξυλανάση, κυτταρινάση) R Β επεξεργασία υφάσματος με δύο λουτρά, το πρώτο περιέχει (πηκτινάση, λιπάση, ξυλανάση, κυτταρινάση) και το δεύτερο πρωτεάση Μεγαλύτερο ποσοστό (8-25%) απομακρυνθέντων προσμίξεων παρατηρείται στα υφάσματα που επεξεργάστηκαν με τα 5 ένζυμα (συνθήκη δύο λουτρών). Ιδιαίτερα μεγάλο ποσοστό απομακρυνθέντων πρωτεϊνικών συστατικών με τη χρήση πρωτεάσης (συνθήκη 2 λουτρών). Από προηγούμενες μελέτες και σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία έχει διαπιστωθεί ότι η απομάκρυνση των πρωτεϊνικών συστατικών συμβάλει στην αύξηση υδροφιλικής ικανότητας, τη λευκότητα και δημιουργεί πιο αφράτο ύφασμα. Μεγάλη επαναληψιμότητα μεταξύ των ποσοστών των απομακρυνθέντων μη κυτταρινούχων συστατικών παρουσιάστηκε μετά από κάθε επαναχρησιμοποίηση του λουτρού των ενζύμων μεταξύ των 3 ανακυκλώσεων. Όλα τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε μετρήσεις των ποιοτικών τους χαρακτηριστικών. Παρακάτω παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των ιδιοτήτων τους. ΛΕΥΚΟΤΗΤΑ: Τα βαμβακερά υφάσματα υποβλήθηκαν σε μέτρηση της λευκότητάς τους. Τα αποτελέσματα έδειξαν: 10-20% αύξηση της λευκότητας με την προσθήκη της πρωτεάσης (συνθήκη 2 λουτρών). Μικρές μεταβολές της λευκότητας, μέχρι 5% καταγράφηκε μετά από κάθε επαναχρησιμοποίηση στα υφάσματα που επεξεργάστηκαν με τα 2 λουτρά ενζύμων, μεγαλύτερο ποσοστό μέχρι 16% καταγράφηκε χρησιμοποιώντας το ένα λουτρό (απουσία πρωτεάσης). ΒΑΦΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ: Τα βαμβακερά υφάσματα βάφτηκαν με χρώμα αντιδράσεως σε μπλε απόχρωση. Στον Πίνακα 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του βάθους χρώματος (K/S) και της απόχρωσης (CIE). Πίνακας 5. Βάθος χρώματος και διαφορά στην απόχρωση των βαμβακερών υφασμάτων Α/Α K/S CIE (διαφορά χρώματος) Ανεπεξέργαστο 5.35± 0.2 5.69±0.35 R Α 1-10 9.68-10.58 2.05-2.81 R Β 1-10 11.49-12.33 1.43-1.63 NaOH 10.78± 0.2 0.72 ±0.38 Ν+Μ 11.30 ±0.2 0.64±0.52 Ν+Cel 9.56 ±0.1 2.02±0.38 N+Cel+M 11.75 ±0.3 Τα ενζυμικά επεξεργασμένα υφάσματα της συνθήκης των δύο λουτρών εμφάνισαν καλύτερη βαφική ικανότητα συγκριτικά με αυτά των συμβατικών μεθόδων επεξεργασίας. Τα ενζυμικά επεξεργασμένα υφάσματα των δύο λουτρών προσέγγισαν περισσότερο την απόχρωση του συμβατικά επεξεργασμένου υφάσματος απολιπασμένου και φινιρισμένου (Ν+Cel+M). Αποδεκτή τιμή απόχρωσης σε σχέση με το ύφασμα αναφοράς από τη βιομηχανία είναι <1.5, <0.8 αυστηρές προδιαγραφές και μέχρι 2 για τα ρούχα του στρατού. Προκύπτει ότι οι τιμές των ιδιοτήτων καθενός από τα υφάσματα, των οποίων η επεξεργασία πραγματοποιείται στο ίδιο λουτρό, μειώνονται μετά από κάθε του χρήση κατά ένα μικρό ποσοστό, αλλά βρίσκονται πάντα μέσα στα αποδεκτά από τη σύγχρονη βιομηχανία πλαίσια. ΥΔΡΟΦΙΛΙΚΟΤΗΤΑ: Τα βαμβακερά υφάσματα υποβλήθηκαν σε μέτρηση της ικανότητάς τους να απορροφούν νερό (υδροφιλική ικανότητα). Τα βαμβακερά υφάσματα παρουσίασαν υδρόφιλο χαρακτήρα
μετά από κάθε επαναχρησιμοποίηση του λουτρού των ενζύμων. Ελαφρώς πιο υδρόφιλα ήταν τα υφάσματα που επεξεργάστηκαν σε δύο λουτρά, δηλαδή παρουσία πρωτεάσης. ΒΑΘΜΟΣ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΥ: Μετρήθηκε ο βαθμός πολυμερισμού της ίνας του βάμβακος μετά από κάθε επαναχρησιμοποίηση του λουτρού των ενζύμων και στις δύο συνθήκες (ένα και δύο λουτρά) καθώς και στα υφάσματα που επεξεργάστηκαν με τις συμβατικές μεθόδους που χρησιμοποιεί η βιομηχανία της κλωστοϋφαντουργίας. Τα αποτελέσματα έδειξαν τα κάτωθι συμπεράσματα 18%-23% μείωση του βαθμού πολυμερισμού (DP) των βαμβακερών υφασμάτων εφαρμόζοντας τις συμβατικές μεθόδους που εφαρμόζει η βιομηχανία της κλωστοϋφαντουργίας. 2-11% μείωση του βαθμού πολυμερισμού DP των βαμβακερών υφασμάτων που επεξεργάστηκαν χρησιμοποιώντας 1 λουτρό ενζύμων (4 ένζυμα) μετά από ανακύκλωση. 5-14% μείωση του βαθμού πολυμερισμού (DP) των βαμβακερών υφασμάτων που επεξεργάστηκαν χρησιμοποιώντας 2 λουτρά ενζύμων (5 ένζυμα) μετά από ανακύκλωση. ΑΝΤΟΧΗ ΣΤΗ ΦΘΟΡΑ: Προσδιορίστηκε η αντοχή στην τριβή των βαμβακερών υφασμάτων (ενζυμικά μετά από ανακυκλώσεις και των συμβατικά επεξεργασμένων) με τη μέθοδο Martindale. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον Πίνακα 6. Πίνακας 6. Αντοχή στην τριβή των βαμβακερών υφασμάτων ΔΕΙΚΤΗΣ ΚΡΥΣΤΑΛΛΙΚΟΤΗΤΑΣ: Μετρήθηκε ο δείκτης κρυσταλλικότητας της ίνας του βάμβακος μετά από κάθε επαναχρησιμοποίηση του λουτρού των ενζύμων και στις δύο συνθήκες (ένα και δύο λουτρά) καθώς και στα υφάσματα που επεξεργάστηκαν με τις συμβατικές μεθόδους που χρησιμοποιεί η βιομηχανία της κλωστοϋφαντουργίας. Σημειώθηκαν μικρές μεταβολές του δείκτη κρυσταλλικότητας μεταξύ των ανακυκλώσεων του λουτρού των ενζύμων.η κρυσταλλικότητα των βαμβακερών υφασμάτων της συνθήκης: με το 1 λουτρό κυμάνθηκε μεταξύ 88.02% έως 88.98% με τα 2 λουτρά κυμάνθηκε μεταξύ 88.12% έως 89.42% με τις συμβατικές μεθόδους 87.9-89.58% ΜΙΚΡΟΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ: Tα βαμβακερά υφάσματα που προέκυψαν μετά τις ενζυμικές επεξεργασίες (μίγματα 4 και 5 ενζύμων) των ανακυκλωμένων λουτρών, τα αλκαλικά απολιπασμένα και φινιρισμένα δοκίμια υποβλήθηκαν σε αξιολόγηση των μικρομηχανικών τους ιδιοτήτων στο σύστημα αξιολόγησης Kawabata (KES). Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές κάμψης, διάτμησης, συμπίεσης και εφελκυσμού. Στον Πίνακα 7. συνοψίζονται τα αποτελέσματα των μετρήσεων και παρουσιάζεται η μεταβολή των μετρούμενων παραμέτρων ανάλογα με την επεξεργασία του υφάσματος. Πίνακας 7. Μικρομηχανικές ιδιότητες βαμβακερών υφασμάτων στο σύστημα αξιολόγησης (Kawabata)
R A 1-10 Ενζυμική επεξεργασία με 1 λουτρό επαναχρησιμοποιώντας 1-10 φορές το ίδιο λουτρό ενζύμων. R Β 1-10 Ενζυμική επεξεργασία με 2 λουτρά επαναχρησιμοποιώντας 1-10 φορές το ίδιο λουτρό ενζύμων. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΑΠΑΙΤΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΤΟΥ ΟΓΚΟΥ ΤΩΝ ΥΓΡΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΕΝΖΥΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΣΥΜΒΑΤΙΚΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ Πίνακας 8. Σύγκριση των ενεργειακών απαιτήσεων, του χρόνου επεξεργασίας και των παραγόμενων υγρών αποβλήτων μεταξύ των ενζυμικών και συμβατικών επεξεργασιών των βαμβακερών υφασμάτων Διεργασία Θερμοκρασία διεργασίας O C Χρόνος διεργασίας(min) Όγκος υγρών αποβλήτων /kg υφάσματος Ενζυμικήαπολίπανση & φινίρισμα (1 λουτρό) 50 60 14.3L Ενζυμικήαπολίπανση & φινίρισμα (2 λουτρά) 50 70 22.3L Αλκαλική απολίπανση 90 60 50-70L Μαλάκωμα 45 30 10L Depilling 55 60 10L Αλκαλική απολίπανση & Μαλάκωμα 90 60-80L Αλκαλική απολίπανση & Depilling 120 60-80L Αλκαλική απολίπανση +Depilling+ Μαλάκωμα 150 70-90L Οι ενζυμικές επεξεργασίες των βαμβακερών υφασμάτων διεξάγονται στους 50 ο C. Το θερμοκρασιακό εύρος των συμβατικών επεξεργασιών των βαμβακερών υφασμάτων κυμαίνεται μεταξύ 45-90 ο C. Οι ενεργειακές απαιτήσεις στις συμβατικές μεθόδους επεξεργασίας των υφασμάτων είναι μεγαλύτερες έναντι των ενζυμικών. Ο μικρότερος όγκος υγρών αποβλήτων προέκυψε μετά την ανακύκλωση του ενζυμικού λουτρού. Η ανακύκλωση του λουτρού των ενζύμων οδήγησε σε μείωση 2.5-7 του όγκου των υγρών αποβλήτων συγκριτικά με τις συμβατικές μεθόδους επεξεργασίας βαμβακερών υφασμάτων.
ml ενζύμου/kg υφάσματος gr ενζύμου/kg υφάσματος 10 ο ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΣΥΝΕΔΡΙΟ ΧΗΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ, ΠΑΤΡΑ, 4-6 ΙΟΥΝΙΟΥ, 2015. ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ ΣΤΑ ΥΓΡΑ ΑΠΟΒΛΗΤΑ ΜΕΤΑ ΤΙΣ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΕΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΕΣ ΤΟΥ ΒΑΜΒΑΚΕΡΟΥ ΥΦΑΣΜΑΤΟΣ Μετρήθηκε το οργανικό φορτίο των υγρών αποβλήτων μετά από την ενζυμική και συμβατική μέθοδο απολίπανσης και φινιρίσματος. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στον Πίνακα 9. Πίνακας 9. Αποτελέσματα του οργανικού φορτίου των υγρών αποβλήτων μετά τις ενζυμικές και συμβατικές επεξεργασίες των βαμβακερών υφασμάτων Είδος επεξεργασίας R Α 1-10 απόβλητο R Β 1-10 απόβλητο λουτρού 4 ενζύμων απόβλητο λουτρού πρωτεάσης+η 2 Ο NaOH απόβλητο 250 TOC (mg/l) 3080 3368 1200 5520 COD (O 2 /L) 3852 4256 1985 8160 Ανακύκλωση του λουτρού των ενζύμων Χωρίς ανακύκλωση του ενζυμικού λουτρού BOD 5 (mgo 2 /L) 2873 2762 1178 1164 0,8 0,7 BOD 5 /COD 0.67 0.64 0.59 0.19 R A 1-10 Ενζυμική επεξεργασία με 1 λουτρό επαναχρησιμοποιώντας 1-10 φορές το ίδιο λουτρό ενζύμων. R Β 1-10 Ενζυμική επεξεργασία με 2 λουτρά επαναχρησιμοποιώντας 1-10 φορές το ίδιο λουτρό ενζύμων. Στον πίνακα 9 παρουσιάζεται ο λόγος BOD 5 /COD που υποδηλώνει το ποσοστό της βιοαποικοδομισιμότητας των αποβλήτων. Τα υγρά απόβλητα που προέκυψαν μετά τις ενζυμικές επεξεργασίες είναι περισσότερο αποικοδομίσιμα 64-67% συγκριτικά με τα απόβλητα της συμβατικής μεθόδου επεξεργασίας βαμβακερών υφασμάτων η οποία είναι 19%. ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΕΣ ΠΟΣΟΤΗΤΕΣ ΕΝΖΥΜΩΝ/KG ΥΦΑΣΜΑΤΟΣ ΜΕ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΚΑΙ ΧΩΡΙΣ ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ Υπολογίστηκαν οι ποσότητες των ενζύμων που απαιτούνται για την ενζυμική απολίπανση και φινίρισμα χρησιμοποιώντας μια φορά το ενζυμικό λουτρό και υπολογίστηκαν οι ποσότητες των ενζύμων που απαιτούνται ανακυκλώνοντας (προσθήκη ενζύμων όποτε είναι απαραίτητο) το ίδιο λουτρό ενζύμων και ανακτώνοντας τα ένζυμα από τα λουτρά έκπλυσης των υφασμάτων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι ποσότητες των ενζύμων που απαιτούνται ανα Kg υφάσματος όταν ανακυκλώνεται το λουτρό των ενζύμων και ανακτώντας τα ένζυμα από τα λουτρά έκπλυσης είναι 50-70% λιγότερες. 200 150 100 50 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Πηκτινάση Λιπάση Κυτταρινάση Πρωτεάση 0 Ξυλανάση Διάγραμμα 10. Απαιτούμενες ποσότητες ενζύμων με ανακύκλωση και χωρίς ανακύκλωση του λουτρού των ενζύμων ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [1]. Kalantzi S., Diomi M., Kalogeris E., Kekos D. Fibres & Textiles in Eastern Europe, 2010, Vol 18, No5 (82) pp 86-92. [2]. Tzanov T., Costa STofalos M.J. and Prapas S.K, J. Thermophys. 21:31 (2014).., Calafell M., Gubitz G Cavaco-Paulo A., Colourage; Annual 2000, Vol 47, p 65.